Sauber durch die Luft

Neue Brennstoffzellentechnik für Flugzeuge Sauber durch die Luft

Es ist ein großes Ziel für den Klimaschutz: Fliegen ohne schädliche Emissionen. Das Deutsche Zentrum für Luft und Raumfahrt forscht an einem Brennstoffzellen-Antrieb für Flugzeuge auf Kurz- und Mittelstrecken. Die Forscher wollen dabei eine Grenze überschreiten.

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Video Darum geht es im Projekt BIALIS

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt im Projekt BALIS den weltweit ersten Brennstoffzellen-Antriebsstrang für Flugzeuge – und das mit einer Leistung im Megawattbereich. Damit geht das DLR einen weiteren Schritt, um emissionsfreies Fliegen mit Wasserstoff zu ermöglichen. 

"In diesem Jahrzehnt geht es darum, den Hebel umzulegen und unsere Mobilität auf CO2-freie beziehungsweise CO2-arme Kraftstoffe umzustellen. Der Mobilität mit Wasserstoff aus erneuerbaren Energien kommt dabei eine wesentliche Rolle zu", betont Steffen Bilger, Parlamentarischer Staatssekretär beim Bundesminister für Verkehr und digitale Infrastruktur. Wasserstoff könne als Kraftstoff in allen Verkehrsträgern eingesetzt werden – auch in Flugzeugen. "Das Ziel ist die emissionsfreie Luftfahrt – am liebsten mit Arbeitsplätzen und Wertschöpfung in Deutschland." 

Pioniere bei der Anwendung von Brennstoffzellen

"Ob in der Luft, auf der Straße und Schiene oder auf See – im Bereich der Entwicklung und Anwendung von Brennstoffzellen gehört das DLR zu den Pionieren und kann auf Know-how und Erfahrung aus jahrelanger Forschungsarbeit zurückgreifen", erläutert Professor Karsten Lemmer, Mitglied des DLR-Vorstands für die Bereiche Energie und Verkehr. "Mit Projekten wie BALIS setzen wir auch morgen Standards: in Richtung emissionsfreie Mobilität, die auf Wasserstoff als weitere Säule in unserem Energiesystem fußt."

Ziel des Projekts BALIS ist es, einen Brennstoffzellen-Antriebsstrang mit einer Leistung von rund 1,5 Megawatt zu entwickeln und zu erproben. Damit ließe sich ein Regionalflugzeug mit 40 bis 60 Sitzen und einer Reichweite von 1.000 Kilometern realisieren.

Das DLR baut dazu einen in dieser Form einzigartigen Teststand auf. Er bildet das notwendige Gesamtsystem ab, also die komplette Hardware und die notwendige Infrastruktur: Dazu gehören das Brennstoffzellensystem selbst, die Wasserstofftanks, der Elektromotor sowie die Steuerungs- und Regelungstechnik. Diese Testumgebung ist komplex und gleichzeitig sehr flexibel. Sie ermöglicht Forschungs- und Entwicklungsarbeiten unter den unterschiedlichsten, im Luftfahrtbereich geltenden Rahmenbedingungen, Anforderungen und Richtlinien.

Anwendung auch in Schiffen und Zügen möglich

"Mit BALIS schaffen wir die energiewandlungstechnischen Grundlagen, entwickeln ein erstes Demonstrationssystem der Leistungsklasse 1,5 Megawatt und erarbeiten eine optimale Betriebsweise. Im nächsten Schritt wollen wir es dann gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie in die Anwendung bringen", erklärt Professor André Thess, Direktor des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik. "Im Fokus steht zunächst der Einsatz in der Luftfahrt. Derartige Brennstoffzellensysteme können aber auch im Schwerlastverkehr Anwendung finden, zum Beispiel in großen Nutzfahrzeugen auf der Straße, in Zügen oder Schiffen."

Neue Generation von Brennstoffzellensystemen

Die meisten und auch bereits kommerziell erhältlichen Brennstoffzellen haben eine modulare Leistung von 100 bis 200 Kilowatt. Um den Megawatt-Bereich zu erreichen, kann man allerdings nicht beliebig viele kleinere Systeme kombinieren. Hier setzt die Technologie Grenzen. "Bei 1,5 Megawatt liegt eine 'Schallgrenze', was die Architektur und die Leistungsfähigkeit heutiger Komponenten von Brennstoffzellensystemen betrifft", erklärt Professor Josef Kallo, DLR-Experte für Wasserstoff in der Luftfahrt.

"Wir wollen die Grenze überschreiten und gleichzeitig möglichst wenige sogenannte Brennstoffzellen-Stacks mit hoher Leistung zusammenbringen“, sagt Kallo. "Dazu benötigen wir neue Ansätze und neue Komponenten, beispielsweise im Bereich der optimierten Stromdichteverteilung, des Spannungsniveaus, der Handhabung von flüssigem Wasserstoff in großen Mengen und der Kopplung zu einem Gesamtantriebssystem."

Das DLR-Institut für Technische Thermodynamik in Stuttgart erhielt kürzlich vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) einen Förderbescheid für das BALIS-Projekt in Höhe von 26 Millionen Euro erhalten.

Das Projekt wird im Rahmen des Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie gefördert und über den Energie- und Klimafonds finanziert.